Die sensible Haltbarkeit von Wasser

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Karl Landsteiner Privatuniversität Krems startet Forschungsprojekt „Aquascreen“ zur Vermehrung wassereigener Mikroorganismen. Wissenschaftlicher Schwerpunkt ist die Biostabilität sowie moderne DNA- und Zellanalysen mit möglichen Auswirkungen auch auf das Trinkwasser. Das Projekt passiert im Rahmen der neuen FTI-Strategie des Landes Niederösterreich.

Um die Qualität von Grund- und Quellwasser besser zu verstehen, sollen ab nun neue Methoden der Molekular- und Mikrobiologie sowie der chemischen Hochleistungsanalytik eingesetzt werden. Möglich wird dies über ein Projekt an der Karl Landsteiner Privatuniversität für Gesundheitswissenschaften (KL Krems). Ziel ist dabei, disziplinenübergreifend neue Technologien zur Bewertung der Vermehrung von wassereigenen Bakterien und deren biochemischer Prozesse einzusetzen.

Wasser ist nicht nur H2O
Im Ergebnis soll damit die sogenannte Biostabilität von Wasser wesentlich genauer als bisher zu bestimmen und vorherzusagen sein – in Summe ein grundlegender Beitrag zur Wasserhygiene und Gesundheit. Das vom Land Niederösterreich im Rahmen des FTI-Programms geförderte Projekt baut dabei auf international beachtete Forschungsergebnisse des Interuniversitären Kooperationszentrums Wasser und Gesundheit (ICC Water & Health) und des Departments für Agrarbiotechnologie IFA-Tulln der Universität für Bodenkultur Wien auf. Diese erlauben Mikroorganismen und ihre Aktivitäten in Wasserproben genau zu charakterisieren.
Wasser ist nicht nur H2O, etwa wenn es als Grund- oder Quellwasser sprudelt. Wasser enthält auch eine Reihe von Mikroorganismen, deren natürlicher Lebensraum das kühle Nass bildet. Die Entwicklungsdynamik der wassereigenen Bakteriengemeinschaft in Grund- und Quellwasser ist bis heute kaum bekannt. Daher ist es immer noch schwierig, ihren möglichen Einfluss auf die Qualität des Wassers nach Lagerung und Verteilung zu bestimmen bzw. vorherzusagen. Das Projekt der KL Krems nimmt sich nun dieser Problematik an und entwickelt eine Verfahrenskombination, die erstmals eine umfassende Analyse der Dynamik wassereigener Bakterien und damit zusammenhängender, biochemischer Schlüsselprozesse im Zuge der Nutzung von Wasserressourcen erlauben soll.

Projektschwerpunkte
Das als Aquascreen bezeichnete Projekt wird dabei von Andreas Farnleitner, Leiter des Fachbereichs Wasserqualität und Gesundheit an der KL Krems koordiniert: "Bestehende Standardmethoden zum Nachweis von Mikroorganismen in Grund- und Quellwasser gehen noch auf Nachweisprinzipien aus dem 19. Jahrhundert zurück. Diese zielen hauptsächlich auf Bakterien ab, die eine Verschmutzung des Wassers von der Oberfläche her anzeigen, nicht aber auf die wassereigenen, teilweise gänzlich unbekannten Bakterien“, so Farnleitner.
In der Regel können weniger als 1 Prozent der wassereigenen Bakterien mit den Standardverfahren nachgewiesen werden. Bis heute ist entsprechend wenig über die Entwicklung dieser natürlichen Wassermikrobiota bekannt und das inkludiert auch wie sich diese über längere Zeiträume bei Lagerung und Verteilung auf die Qualität von Wasser auswirkt. „Zur Einschätzung und Vorhersage der Qualität von Trinkwasser, aber auch zur Identifizierung möglicher Gesundheitsgefährdungen, ist ein besseres Verständnis dieser Dynamiken unter Berücksichtigung der vorhandenen Nährstoff- und Umgebungssituation notwendig,“ unterstreicht Andreas Farnleitner.

Neue Verfahrenskombination
In Zusammenarbeit mit dem ICC Water& Health, dem IFA-Tulln und der EVN wird nun eine neue Verfahrenskombination entwickelt, die das Vorkommen und Wachstum von wassereigenen Bakterien genauer, schneller und unmittelbarer bestimmen kann. Dabei setzt das Team nach entsprechender Simulation der Lagerung des Wassers auf modernste DNA-Sequenzierungstechniken und zytometrische Methoden, bei denen Bakterienzellen fluoreszierend markiert und optisch erfasst werden.
"Wir können die aktiven und sich vermehrenden wassereigenen Bakterien direkt nachweisen und nicht nur indirekt nach ausgesuchten Indikatorbakterien suchen, die eine Verunreinigung andeuten können,“ so Alexander Kirschner vom Projektteam zu den Vorteilen des neuen Verfahrens. Darauf aufbauend wird Wolfgang Kandler vom IFA Tulln dieses Verfahren mit einem dritten Element verknüpfen – der chemischen Hochleistungsanalytik. Diese soll ermöglichen, zusätzlich zu Vorkommen und Wachstum der wassereigenen Bakterien auch damit verbundene biochemische Schlüsselprozesse im Rahmen der Wasserversorgung besser nachverfolgen zu können.

Das FTI-Programm von Niederösterreich
Das Projekt wird vom Land Niederösterreich (NOe) mit Fördermitteln aus dem FTI Programm unterstützt, das einen interdisziplinären Themenschwerpunkt zu Ernährung – Medizin – Gesundheit hat (economy berichtete). Das Land NOe trägt damit auch maßgeblich zum weiteren Ausbau des Schwerpunkts Wasserqualität und Gesundheit der KL Krems bei. Aquascreen kann so auch nahtlos auf laufende Ergebnisse eines von der NÖ Forschungs- und Bildungs GmbH. (NFB) im Rahmen des Science Call 2015 geförderten Projektes (Aquasafe) komplementär aufbauen.
Dabei wird ein neuer Ansatz zur Herkunftsbestimmung fäkaler Verunreinigungen in Wasser entwickelt sowie verfeinert und dazu werden hochspezifische, quantitative Nachweise geringster Mengen an genetischem Material (DNA) aus spezifischen Darmbakterien von Mensch oder Tier entwickelt. Dank der konsequenten Unterstützung dieser Forschungsarbeiten gelingt es der KL Krems eigenen Angaben zufolge, innerhalb kurzer Zeit mit dem Forschungsschwerpunkt Wasserqualität und Gesundheit wichtige Beiträge zur Gesundheit und Lebensqualität zu leisten.

Schall verbessert Sichtbarkeit

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Die TU-Wien entwickelt eine neue Mikroskopiemethode zur Aufnahme und Sichtbarmachung kleinster Moleküle. Bei der sogenannten Nanomechanischen Absorptions-Mikroskopie wird statt Licht nun Schall gemessen. Mit dem Projekt wurde abermals eine Veröffentlichung in einem international renommierten Fachjournal erreicht, diesmal im Magazin PNAS.

Einzelne Moleküle kann man nicht fotografieren. Um Objekte abzubilden, die kleiner sind als die Wellenlänge des Lichts, werden spezielle Techniken benötigt. Entweder werden Elektronenmikroskope genutzt oder man bestimmt die Position bestimmter fluoreszierender Moleküle über eine große und nacheinander aufgenommene Zahl von Bildern.
Ein Team der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der TU Wien konnte aktuell nach jahrelanger Forschung eine neue Mikroskopie-Methode präsentieren, mit der einzelne Moleküle abgebildet und zudem zuverlässig bestimmt werden können. Die Moleküle werden dabei auf einer winzigen Membran platziert und mit einem Laser bestrahlt. Gemessen wird, wie sich das Schwingungsverhalten der Membran dadurch verändert. Die entscheidende Messgröße ist somit nicht Licht, sondern eine mechanische Schwingung und damit der Schall. Veröffentlicht wurde die neue Methode nun im renommierten Fachjournal PNAS.

Das Molekül auf der Membran und die besondere Schwingung
„Wir bringen einzelne Moleküle auf ganz bestimmte, extrem dünne Membranen auf. Danach wird die Membran von einem Laserstrahl abgetastet“, erläutert Silvan Schmid vom Institut für Sensor- und Aktuatorsysteme der TU Wien. Der Forscher beschäftigt sich mit der Wechselwirkung von elektromagnetischer Strahlung und winzigen mechanischen Strukturen. Hier wird
die Wellenlänge des Laserlichts so gewählt, dass es besonders stark mit dem gesuchten Molekül wechselwirkt. Trifft der Laserstrahl auf das Molekül, nimmt es Energie auf und erwärmt dadurch die Membran in seiner Umgebung. Diese Erwärmung wiederum bewirkt, dass sich die Schwingfrequenz der Membran verstimmt.

„Man kann sich das vorstellen wie eine kleine Trommel. Wenn sich die Trommelmembran erwärmt, wird sich auch das Trommelgeräusch ändern. Dasselbe geschieht bei unseren Mikro-Membranen“, sagt Schmid. Die Membran schwingt mit einer Frequenz in der Größenordnung von etwa 20 Kilohertz, das entspricht einem sehr hohen Ton, in einem Frequenzbereich den zumindest Kinder normalerweise gerade noch hören können. Das Geräusch der Membran im nanomechanischen Absorptions-Mikroskop ist jedoch viel zu leise um wahrgenommen zu werden. Es wird daher mit optischen Sensoren gemessen.

Wenn man die gesamte Membran Punkt für Punkt mit dem Laser beleuchtet und jedes Mal die akustische „Verstimmung“ der Membran misst, kann man dann berechnen, wo ein Molekül sitzt – und so lässt sich ein Bild mit hohem Kontrast erzeugen. „Wir haben die Methode auf Fluorophore angewandt, das sind fluoreszierende Moleküle, die auch mit anderen Methoden abgebildet werden können. Dadurch konnten wir zeigen, dass unser Schwingungs-Bild tatsächlich stimmt“, so Schmid. „Unsere Methode lässt sich allerdings auch auf andere Moleküle anwenden. Man muss nur die Wellenlänge des Laserlichts richtig wählen.“

Übergreifende Forschungsgruppe an TU-Wien
Entscheidend für das Funktionieren der neuen Methode war, passende Membranen herzustellen. „Wir benötigen ein Material, das sein Schwingungsverhalten möglichst deutlich ändert, wenn es durch einzelne Moleküle lokal erwärmt wird“, sagt Silvan Schmid. „Gelungen ist uns das schließlich mit Siliziumnitrid-Membranen mit einer Oberfläche aus Siliziumoxid.“

Silvan Schmids Forschungsteam arbeitete bei diesem Projekt mit der ebenso an der TU-Wien befindlichen Biophysik-Forschungsgruppe von Gerhard Schütz zusammen, die sich auf besonders herausfordernde Mikroskopie-Techniken spezialisiert hat.
Anwendungsmöglichkeiten für die neue Technologie gibt es viele: „Unsere neue Methode liefert ein sehr deutliches, klares Signal. Dadurch ist sie für viele Bereiche interessant. Man kann auf diese Weise einzelne Moleküle lokalisieren und analysieren, man kann Detektoren für winzige Stoffmengen bauen, man kann sie aber auch für die Festkörper-Forschung einsetzen, etwa um elektronische Schwingungen in Nano-Antennen zu messen“, ergänzt Silvan Schmid.

Datenstrom gegen Autostrom

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Automatisierte Big Data Analysen aus Twitter-Meldungen soll Staubildung in Städten verhindern.

In Saudi-Arabien haben Wissenschaftler der King Abdulaziz University (KAU) ein Big-Data-Analysesystem entwickelt, um beispielweise Staus in Städten vorhersagen zu können. Damit Bürger und Behörden rechtzeitig über entsprechende Entwicklungen informiert werden können, verwenden die Forscher eine Kombination aus Cluster-Computing, maschinellem Lernen und die Geocoding-Applikation von Google Maps. Basis für die Analyse der Daten sind Millionen von Twitter-Meldungen.

Nützliche Datenmengen
"Da die Zahl der mit dem Internet verbundenen Geräte und der Menschen, die online ihre aktuellen Erfahrungen austauschen, kontinuierlich steigen, wird jede Minute eine riesige Menge an nützlichen Daten generiert", erläutert Sugimiyanto Suma, Forscher an der KAU. Mittels dieser Informationen und ihrer entsprechenden Analyse „können Verkehrsströme und andere städtische Ereignisse deutlich verbessert werden“, so der Wissenschaftler.
Das entwickelte System soll dabei sowohl der Stadtverwaltung als auch den Bürgern "ein Gefühl der gegenwärtigen Geschehnisse in ihrer Stadt vermitteln" um möglichst rechtzeitig Entscheidungen treffen zu können. "Mit den Daten von sozialen Online-Medien und technologisch ausgereiften Big-Data-Analysen könnten wir in Zukunft räumlich-zeitliche Events rasch erkennen und vorhersagen", unterstreicht Suma. Erste Testläufe im Großraum London verliefen vielversprechend.

Operative Umsetzung
Für die operative Umsetzung nutzt das Forscherteam das Cluster Computing „Apache Spark“, ein Open-Source-Framework und zur Visualisierung der Daten die Software „Tableau“. Zusätzlich wird die Geocoding-Programmierschnittstelle von Google Maps verwendet, damit wird der örtliche Ursprung von Twitter-Meldungen definiert.
Im nächsten Schritt geht es um die Verbesserung von räumlicher und zeitlicher Dimension sowie Genauigkeit des Systems. "Wir könnten zum Beispiel auch andere Daten von Social-Media-Plattformen wie Facebook oder News-Portalen in die Analyse einbinden und neue Algorithmen entwickeln, um noch bessere Analyseergebnisse zu erzielen", sagt Suma.

Historische Jukeboxen als Kunstgegenstand

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Ein neuer Unternehmer aus Mödling (Noe) lässt den alten „Wurlitzer“ wieder aufleben.

Erich Fuker hat sich als Einzelunternehmer mit alten Jukeboxen, vulgo Wurlitzern, ein neues Standbein geschaffen. „An diesem Nischenprodukt herrscht so großes Interesse, dass ich meine Leidenschaft für diese Musikabspielgeräte mit anderen teilen kann“, erläutert Fuker.
Zur Realisierung dieses Projektes ist der jetzige Banken-Manager und Kammer-Funktionär eine Kooperation mit der Galerie Kunsteiner in Mödling eingegangen. „Meine Jukeboxen locken zusätzliche Interessenten in die Galerie, und ich kann im Bedarfsfall kommen, wenn auch für mich Interessenten da sind,“ beschreibt Fuker die wechselseitig fruchtbare Kooperation mit der Galerie Kunsteiner von Klaus Steiner in Mödling.

Sammlerstücke und Single-Schallplattensammlung
Bei den Jukeboxen selbst handelt es sich um Modelle aus den 50er bis 80er Jahren von bekannten Firmen, wie Wurlitzer, Seeburg, NSM und Rock-Ola. „Alle Jukeboxen sind generalüberholt und funktionieren einwandfrei, dazu kommt noch eine Garantie von sechs Monaten“, unterstreicht Fuker. Die Preise starten bei 2.800,-, für einzelne Sammlerstücke werden aber auch über 10.000,- bezahlt.
Der Jungunternehmer bietet darüber hinaus noch besondere Serviceleistungen oder Reparaturen direkt beim Kunden sowie eine kostenfreie Zustellung im Umkreis von 50 Kilometern. Gesonderter Bestandteil des Unternehmens ist auch die über 2.000 Stück große Single-Schallplattensammlung mit denen die Jukeboxen auf Wunsch bestückt werden können. Und auf Kundenwunsch sucht und besorgt Erich Fuker auch ganz besondere Singles.

Demokratisch legitimierte digitale Infrastruktur

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In Europa fehlt digitale Infrastruktur um im Bereich Künstliche Intelligenz (KI) mithalten zu können, so der Befund von Forschern des Austrian Institute of Technology (AIT) beim Forum Alpbach.

Mit Hilfe von künstlicher Intelligenz lernen Maschinen, sich selbst zu verbessern und automatisiert zu handeln. Konsumenten nutzen das etwa bei der Spracherkennung am Handy oder wenn individuelle Kaufvorschlägen von Internet-Händlern kommen. Eine solche Infrastruktur bestimmt allerdings auch, „ob wir Daten kontrollieren oder wir kontrolliert werden", erläuterte Petra Schaper-Rinkel vom Austrian Institute of Technology (AIT) im Rahmen der diesjährigen Alpbacher Technologiegespräche.

Vorherrschaft von China und USA verhindern
KI sei ein zentrales Thema für den digitalen Wandel, betonte auch Hannes Androsch, Aufsichtsratschef des AIT. Es sei auch eines der Wettbewerbsfelder im Wettkampf um die Vorherrschaft zwischen den USA und China, wo die Technologie-Konzerne Milliardenbeträge in KI investieren. China verfolgt zudem eine nationale KI-Strategie, die das Land zur weltweit führende KI-Nation machen soll und auch Deutschland will zum weltweit führenden KI-Standort werden und setzt hier gemeinsam mit Frankreich auf mehr europäische Forschungskooperation.
Mehr Kooperation wollen auch Forscher, die fürchten, dass Europa bei KI künftig nicht mehr mithalten kann, auch und vor allem weil Wissenschafter in die USA abwandern. Mehr als 500 europäische Wissenschafter haben daher kürzlich dazu aufgerufen, einen europäischen Forschungsverbund zu schaffen, die "Confederation of Laboratories for Artificial Intelligence in Europe" (Claire).

Die Kontrolle über die Daten
Eine entscheidende Frage für AIT-Forscherin Schaper-Rinkel ist: „Wer entwickelt KI zu welchem Zweck". Bei der Industrialisierung sei etwa der Transport überaus relevant gewesen – und Eisenbahnen waren daher im staatlichen Eigentum. "Warum müssen wir zum Einkaufen, Handeln und Bezahlen von einzelnen Unternehmen abhängig sein", so Schaper-Rinkel, die am AIT im Bereich Politikwissenschaften zu Fragen der technischen Zukunft forscht.
Durch demokratisch legitimierte digitale Infrastrukturen, wo die Menschen bestimmen, wem sie welche Daten geben, würde auch die Transparenz steigen, so eine These. „Die Frage der Kontrolle über die Daten sei auch für die Nutzung der Innovationspotentiale entscheidend,“ spricht Matthias Weber, Leiter des AIT-Center for Innovation Systems and Policy einen weiteren Punkt an. Weber sieht auch den zunehmenden Bedarf nach Personen, die sowohl juristisches als auch KI-Verständnis haben. Dies sei für die Definition der Rahmenbedingungen nötig.

Androsch fordert KI-Strategie und Grosscomputer
Für Androsch braucht es in Österreich eine inhaltliche KI-Strategie, die von der Forschung kommen müsse, und eine entsprechende Unterstützung seitens der Politik. Es gebe durchaus einzelne "Nuklei", wie den "Complexity Science Hub Vienna". Notwendig wären aber „zwei bis drei Zentren, die sich schwerpunktmäßig mit KI beschäftigen, um an verlorenen Boden aufzuholen,“ betont Androsch.
Dazu würde auch eine entsprechende Großcomputerausstattung gehören. Denn „Österreichs leistungsfähigster Computer habe eine Leistung von rund 600 Teraflops, jener der Schweiz 20.000 und der weltweit beste 122.000 Teraflops“, so Androsch. Ebenso dringend notwendig wäre ein Forschungsfinanzierungsgesetz, um den Forschungseinrichtungen bessere Planbarkeit zu ermöglichen und eine Exzellenzinitiative für die Universitäten.

Error, Start and FuckUp-Night at Linz

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Das Ars Electronica-Festival macht Linz von 6. bis 10. September wieder zum internationalen Kreativzentrum. Zu den Schwerpunkten Technologie, Kunst und Gesellschaft umfasst das Programm der weltweiten Vorzeigeveranstaltung heuer mehr als 500 Einzelveranstaltungen, wo entlang einer Festivalmeile zwölf Locations bespielt und in temporäre Frei- und Spielräume verwandelt werden. Thematisch dreht sich wiederum alles um Ideen und Visionen für die Zukunft. Hauptschauplatz ist wieder die POSTCITY.

Eigenes Opening Symposium
Eine anschauliche Übersicht mit vertiefenden Einblicken in das umfangreiche Programm bietet das Opening Symposium am Donnerstag, den 6. September. Hier präsentieren die Referenten der nächsten Tage diverse Vorschauen auf Programmschwerpunkte, Symposien und Vorträge zu den Themen Kunst, Innovation, Wissenschaft und Technologie. Bei den vielfältigen Möglichkeiten des Festivalprogramms „ist dies eine ideale Gelegenheit, sich einen Überblick zu verschaffen und über die persönlichen Schwerpunkte zu entscheiden“, so die Ars Electronica in einer Aussendung.
Die Vortragenden beim Opening Symposium sind u.a.: Thomas Macho (AT), Meredith Broussard (US), Andrey Sebrant (RU), Ulvi Kasimov (UK), Martha Fiennes (UK), Hideaki Ogawa (JP), Kazuko Tanaka (JP) & Masaru Kitakaze (JP), Manuela Naveau (AT). Die Moderation dieser Auftaktveranstaltung (Donnerstag, 6. September) übernimmt Martin Honzik (AT).

Error – the Art of Imperfection
Der Generaltitel des heurigen AEC-Festivals lautet „Erros – The Art of Imperfection“ und in den gleichnamigen Konferenzen wird das Thema aus verschiedenen Perspektiven beleuchten. Ausgehend von einem „Meta-Level-Diskurs“ über die Phänomenologie des Irrens werden durchgehend bis Sonntag etwa auch „mutige Ansätze der Eroberung neuer Risiken“ oder „sehr selbstreflexive Perspektiven auf Irrwege in verschiedenen Disziplinen und Praxisfeldern“ erörtert. Beim Prix Forum treten Jurymitglieder und Preisträger miteinander ins Gespräch, wobei der Fokus auf den heurigen Kategorien des Prix Ars Electronica liegt: Interactive Art +, Digital Communities und Visionary Pioneers of Media Art.

Hackathons, Digital Communities, Prix Ars Electronica
Weitere Schwerpunkte des diesjährigen AEC-Festivals sind u.a. die Chilean Artist Talks, die FuckUp Night in Linz, die Spaxels Research Initiative (Thema „Swarms“), der Musik Education Day, eigene Hackathon Bewerbe, das Thema Animationstechnologien an den Schnittstellen zwischen Mensch, Computer und Interaktion, Digital Communities oder Panels zum Thema nachhaltige Zukunftstechnologien und spannende Gallery Spaces sowie eigene Veranstaltungen rund um den renommierten Prix Ars Electronica.

Persönlicher Mehrwert

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Früher orientierte sich die IT am technologisch Machbaren, heute zählt der praktische Bedarf der Anwender. Internetgestützte Systeme erlauben dabei vielfältige Einsatzgebiete quer durch alle Branchen. Ein zunehmender Bestandteil ist die Einbindung Sozialer Medien.

Das deutsche Immobilienportal Salz&Brot bietet Wohnungsanbote, die nach Kriterien wie Stadt, Viertel oder Mietpreis gesucht werden können. Via Facebook setzen die Betreiber zudem auf Regionalisierung und betreiben zahlreiche Seiten für einzelne Städte oder Ballungszentren. Zur schnelleren Information der Nutzer wurde sodann WhatsApp eingeführt und nach praxisorientierter Prüfung entschied sich Salz&Brot für „WhatsATool“ des Dialogdienstleisters atms.

Tourismus und IT-Dienstleistung
Auf diesen multimedialen Servicekanal setzt auch der Tourismusverband Saalbach Hinterglemm. Über die auf der Webseite integrierte atms-Schnittstelle passiert der Kontakt mit den Urlaubern zu Themen wie Pisten, Wetter oder Gastronomie. „Direkte und unkomplizierte Dialoge via WhatsApp sind ein weiterer Baustein unserer Community-Strategie für unsere Gäste,“ so Paul Kubalek vom TV Saalbach Hinterglemm. Die Gemeinde Leobersdorf setzt wiederum auf WhatsApp um Bürger mit Infos zu Baustellen, Sicherheitswarnungen oder Freizeittipps zu versorgen. „Wir möchten den Bürger dort erreichen, wo er gerade ist,“ sagt Vizebürgermeister Harald Sorger.
Zentraler Bestandteil im Kommunikationsmix ist das Telefon und auch hier ermöglichen webbasierte Netzwerke (VoIP) bedarfsorientierte Einsatzgebiete. Beim IT-Dienstleister ITSDONE löste atms mit einer VoIP-Anlage die Integration aller Standorte und die Einbindung des hausinternen Callcenters, inklusive Smartphone-Nutzer. „Gerade KMU können im Kundenservice digitale Dialoglösungen einfach und bedarfsorientiert nutzen. Aufholbedarf gibt es noch in der Nachbetreuung, besonders in Handwerk und Gewerbe,“ erläutert Markus Buchner, Geschäftsführer von atms.

Das wichtigste Glied digitaler Wertschöpfungsketten
Das letzte Glied betrieblicher Wertschöpfungsketten ist Abrechnung und Bezahlung und auch hier dienen digitale Dienste zur Steigerung von unternehmerischer Ökonomie und Mehrwert für den Kunden. Der Online-Shop „Big Power“ setzt auf Schinken-Chips in der Dose, dahinter steht die junge Generation einer steirischen Landwirtsfamilie mit Schwerpunkt auf nachhaltige Fleischproduktion. Neben einer Vielzahl unterschiedlicher Geschmacksvarianten, können sich die privaten und gewerblichen Kunden auch über Rezepturen informieren oder ein eigenes Konto für Bestellungen und Rechnungen anlegen.
Für die Bezahllösung wurde Wirecard CEE engagiert, neben der Integration aller gängigen Zahlungsmittel wie Sofort Überweisung, Kreditkarten oder PayPal über eine einzige zertifizierte Schnittstelle, war auch die flexible Erweiterungsmöglichkeit für die Einbindung mobiler Endgeräte und eine etwaige Internationalisierung wesentliche Entscheidungskriterien.
„Die Online-Bezahlungslösung sowie der Service im Hintergrund funktionieren einwandfrei und damit sind auch für Kunden und Lieferanten einwandfreie Abläufe gewährleistet,“ so Laura Habel, Geschäftsführerin von Big Power. „Anwendergerechte Usability und die technisch verlässliche Integration intuitiver Bezahlprozesse in das vertraute Erscheinungsbild des Shops sind generell zentrale Erfolgfaktoren für Online-Shops,“ ergänzt Roland Toch, Managing Director von Wirecard CEE.

Strategie für Sicherheit und Prozessmanagement

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Security und Verfügbarkeit werden übergreifende Querschnittsthemen für Unternehmen und den öffentlichen Bereich, wo kritische Infrastrukturen, Finanzsysteme und die Gesundheitsversorgung zentrale Bedeutung haben und entsprechend ganzheitliche Planung und Umsetzung notwendig sind.

Vernetzte Kommunikationskanäle und Datenstränge in und aus Betrieben, die gleiche Entwicklung in öffentlicher Verwaltung und versorgungskritischer Infrastruktur und parallel steigt die Cyber-Kriminalität in nahezu allen Bereichen. Das Fujitsu Security Operations Center beobachtet laufend internationale Angriffsszenarien und wertet regelmäßig die größten Bedrohungen für Unternehmen und Verwaltung aus. Der letzte Report nennt nun ungesicherte Kanäle in geschäftskritischen Systemen, den Finanzbereich sowie Versorgungsstrukturen als die drei gefährdetsten Bereiche.

Schutz für die Sicherheitssysteme
Die größte Bedrohung machen die Sicherheitsexperten dabei beim Schutz der IT-Sicherheitssysteme selbst aus und das betrifft veraltete Strukturen sowie zu geringe Schutzmaßnahmen inklusive des verantwortlichen Personals. Eine große Schwäche betrifft mobile Kanäle mit Zugriff auf geschäftskritische IT-Systeme. Geraten diese Zugangsdaten in falsche Hände, können schädigende Aktivitäten oftmals sogar länger unentdeckt bleiben.
Der Report zeigt aber auch Schutzmaßnahmen auf und dazu gehören zentral überwachte Zugriffe auf betriebs- oder versorgungsskritische Infrastrukturen. Neu ist dabei der Einsatz von künstlicher Intelligenz. Damit lassen sich etwa Anomalien im Internetdatenverkehr sofort erkennen und Frühwarnsysteme minimieren proaktiv das Risiko bevor es zum Problem kommt. „Ratsam ist ein übergreifendes Konzept, das Infrastruktur, Applikationen, Daten und Sensoren abdeckt und dabei auch alle betroffenen Endgeräte einbindet,“ erläutert Wilhelm Petersmann, Managing Director von Fujitsu Österreich und Schweiz.

Eigenes Krankenhaussystem
Das Thema Sicherheit steht auch in der Gesundheitsversorgung an erster Stelle und bei Krankenhäusern müssen dabei mit Infrastruktur, Personal und Patienten gleich drei wesentliche Bereiche berücksichtigt werden. Das Universitätsklinikum St. Pölten beschäftigt 3.000 Mitarbeiter und betreut mit einer Kapazität von 1.000 Betten Patienten aus ganz Niederösterreich. Den kompletten IT-Betrieb verantwortet T-Systems über das Rechenzentrum in Wien und dazu gehört auch ein eigenes Krankenhausinformationssystem (KIS) auf SAP-Basis, wo der vollständige Patientenprozess von Leistungsanforderung über Pflegeplanung und ärztliche Dokumentation bis hin zu OP-Planung sicher gesteuert wird.
Neben der Anbindung an weitere medizinische Spezialsysteme, können bei akuten Behandlungen auch weitere ärztliche Spezialisten temporär eingeschaltet werden. „Damit dieses sensible System reibungslos funktioniert, braucht es insbesondere klar definierte Prozesse zwischen allen Fachbereichen und Lieferanten,“ so Dieter Kögler, Key Account Manager Healthcare bei T-Systems.

Der bestimmbare Sprung der Elektronen

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Bis dato war die Zeiteinheit eines Quantensprungs unbekannt. Forschern der TU-Wien ist es nun gelungen, die exakte Dauer dieses berühmten photoelektronischen Effekts zu messen und eine Veröffentlichung im international renommierten Wissenschafts-Journal „Nature“ zu erreichen.

Auch historisch gesehen war es eines der entscheidenden Experimente in der Quantenphysik – der Moment, wenn Licht auf bestimmte Materialien fällt und sodann Elektronen aus der Oberfläche herausgelöst werden. Albert Einstein konnte dieses Phänomen 1905 erstmals erklären, er sprach von „Lichtquanten“, den kleinsten Einheiten des Lichts, die wir heute Photonen nennen.
Das Elektron absorbiert dabei in winzigen Bruchteilen von Sekundenbruchteilen ein Photon und „springt“ dabei in einen anderen Zustand, in dem es die Oberfläche des Materials verlassen kann. Dieser sogenannte photoelektrische Effekt läuft jedoch so schnell ab, dass man ihn bisher meist als instantan betrachtete, eine plötzliche Zustandsänderung, von einem Augenblick zum nächsten.
Neue Messmethoden sind nun allerdings so präzise, dass es aktuell möglich wurde, den Ablauf eines solchen Prozesses zu beobachten und seine Dauer genau zu vermessen. Ein Team der TU Wien ermittelte gemeinsam mit Forschungsgruppen aus Garching, München und Berlin die Dauer der Quantensprünge von Elektronen einer Wolfram-Oberfläche. Veröffentlicht wurden Die Ergebnisse wurden nun auch im wissenschaftlich prominenten Fachjournal „Nature“ veröffentlicht.

Attosekunden oder Milliardstel einer Milliardstelsekunde
Der photoelektrische Effekt spielt in vielen technischen Bereichen eine relevante Rolle, etwa in Solarzellen oder bei der Umwandlung von Daten aus dem Glasfaserkabel in elektrische Signale. Er ereignet sich auf eine Zeitskala im Attosekundenbereich, das sind Milliardstel einer Milliardstelsekunde.
„Mit Hilfe ultrakurzer Laserpulse gelang es in den letzten Jahren, einen Einblick in den zeitlichen Ablauf solcher Effekte zu bekommen“, erklärt Joachim Burgdörfer vom Institut für Theoretische Physik der TU Wien. „Wir konnten etwa gemeinsam mit unseren Kollegen aus Deutschland den Zeitabstand zwischen verschiedenen Quantensprüngen bestimmen und zeigen, dass unterschiedliche Quantensprünge unterschiedlich lange dauern.“
Allerdings konnte man bisher nur Zeitdifferenzen, nicht aber die absolute Zeitdauer ermitteln. Es ist sehr schwer eine „Uhr“ zu finden, die exakt zu Beginn des Quantensprungs zu ticken beginnt. Genau das ist nun durch die Kombination von mehreren Experimenten, Computersimulationen und theoretischen Berechnungen möglich geworden.

Drei „selbst gebaute“ atomare Uhren
Um eine absolute, fest geeichte Vergleichsskala zu haben, wurden zunächst Elektronen untersucht, die mit Hilfe von Lasern aus Helium-Atomen herausgerissen werden. „Durch die einfache Bauweise des Helium-Atoms kann hier der zeitliche Ablauf der Photoemission exakt berechnet werden. Für kompliziertere Objekte wie Metalloberflächen, wäre das selbst mit den besten Supercomputern der Welt nicht möglich“, erklärt Christoph Lemell.
Die Helium-Atome verwendete man daraufhin als Referenz-Uhr, um in einem zweiten Experiment die Photoemission von Helium und Iod zu vergleichen und so auch die „Iod-Uhr“ zu eichen. Im dritten und letzten Schritt konnte man schließlich die Iod-Atome verwenden, um den tatsächlich gesuchten Effekt zu studieren – nämlich die Photoemission von Elektronen aus einer Wolfram-Oberfläche.
Man brachte die Iod-Atome auf Wolfram auf und beschoss die Oberfläche mit ultrakurzen Laserpulsen. Die Iod-Atome dienten dabei als Referenz mit der man die Photoemission aus der Wolfram-Oberfläche messen konnte.
„Bei Wolfram lässt sich die Dauer dieses Vorgangs besonders gut untersuchen, weil sich dort die Grenzfläche des Materials besonders genau definiert lässt“, so Florian Libisch. „Die Wolfram-Oberfläche ist eine ausgezeichnete Ziellinie für die Elektronen-Zeitmessung.

Bisher unvorstellbare Einblicke
Die Dauer des Photoemissions-Prozesses hängt vom Anfangszustand der Elektronen ab. Sie reichen von 100 Attosekunden für Elektronen aus den inneren Schalen der Wolfram-Atome bis zu 45 Attosekunden für Leitungselektronen, die im Mittel die Ziellinie schneller passieren. Die Messungen wurden am Max Planck Institut für Quantenoptik in Garching (D) durchgeführt. Florian Libisch, Christoph Lemell und Joachim Burgdörfer von der TU-Wien waren für die theoretischen Arbeiten und die Computersimulationen zuständig.
Das Ziel des Forschungsprojekts liegt allerdings nicht alleine im Vermessen der Dauer eines Quanteneffekts: „Es ist ein spannendes Forschungsgebiet mit vielen neuen Einblicke – in die Oberflächenphysik, aber auch in Elektronen-Transportvorgänge im Inneren von Materialien“, unterstreicht TU-Forscher Joachim Burgdörfer. „Wir können wichtige physikalische Vorgänge mit einer Genauigkeit studieren, die vor einigen Jahren noch unvorstellbar gewesen wäre.“